基于高速电力线载波技术的采集终端信号加强方法

鲍长庚，陆沈敏，孙　婷，胡　洁，许纯恺，寿佳珏，袁　斐

(国网上海市电力公司青浦供电公司，上海　201700)

基于高速电力线载波技术的采集终端信号加强方法

鲍长庚，陆沈敏，孙婷，胡洁，许纯恺，寿佳珏，袁斐

(国网上海市电力公司青浦供电公司，上海201700)

摘要：设计了基于高度电力线载波技术的采集终端信号加强方法，可实现弱信号覆盖区域采集终端稳定上线。该方法采用模块化设计，通过串口转换模块实现采集终端与从模块的数据交换，主、从模块间采用高速电力线载波技术传输通讯数据，从而将装于优良信号位置的主模块所接收的公网数据交给采集终端，实现信号加强。实践证明，该信号加强方法稳定性好、安装调试简便，为用电信息采集的实用化应用提供了前提。

关键词：高速电力线载波技术；采集终端；信号加强；模块化

近年来，国家电网公司大力推进用电信息采集系统建设。在此进程中，经常出现集中器以及专变终端安装于地下室、封闭电表间等无线公网信号较弱的位置，造成终端采集设备处于离线状态，影响用电信息采集系统的数据传输，这种情况在新建小区中尤为典型。为了解决该问题，研究一种基于窄带电力线载波技术的方法，加强采集终端接收到的信号强度，使终端稳定上线[1]。

1一般解决方法

在无法提高终端安装地点的信号强度的情况下，只能考虑将信号良好处的信号引入安装地点。目前，对于解决地下室等区域的弱信号加强有很多方法，但大多数解决方法都需面临重新布线的问题，并且专用的设备提高了维护调试的难度(见表1)。

表1　弱信号一般解决方法

2基于高速电力线载波技术的方法

为了克服上述出现的缺点，简化安装调试的难度，考虑使用高速电力线载波技术实现远距离通讯数据传输，以实现公网信号延长加强的效果。

2.1实现原理

低压电力线窄带载波技术工作在较低的频率(3～500kHz)，只能获得最高1Mbps的通信速率，目前在用电信息采集设备普遍采用这种技术传输数据。宽带载波技术采用1～30Mhz的载波频率，速率通常达到1～200Mbps[4]。选用高速电力线载波技术，在更高的载波频率上，信道选择更多，带宽增大，在实时性、通信速率、动态组网上有明显优势，同时也能避开与终端抄表的窄带载波信号产生集中干扰。

本方法通过高速电力线载波技术在采集终端和通信模块间形成一条看不见的通信信道，将终端设备需要上报数据通过电力线传输给放置在信号较好的地点远程通信模块上报主站，以达到信号加强的效果。无需后期布线，降低施工安装以及后期调试的工作量，此外高速电力线载波技术成熟，使用效果好。

该方法将使用主模块、从模块以及串口转接模块三部分模块实现功能。系统示意图见图1。

图1　系统示意图

对于电力线载波信号的调制使用BFSK方式。FSK(频移键控调制)，使用载波的频率来传送数字信息，BFSK即是使用两个不同的频率f1，f2来对应符号“1”、“0”的双频FSK技术，传输数据与载波的幅度及相位无关。虽然该技术实现得较早，但实现比较容易，无需复杂的锁相与相位同步，对硬件和软件的资源需求都非常小[5]。

2.2模块化实现

具体实现以采用GPRS通信模块的集中器为例，有串口转接模块、从模块、主模块。

(1)串口转接模块

该模块安装在集中器右侧替换原GPRS通信模块，通过串口与集中器相连，串口转接模块通过RS232串口连接线把集中器串口数据和端口状态给从模块(见图2)。

图2　串口转换模块外形图

(2)从模块

载波转GPRS的从模块安装在集中器侧，通过RS232串口连接线与串口转接模块连接，主要与集中器通讯，并将数据通过载波方式传给主模块(见图3)。

图3　从模块外形图

(3)主模块

主模块安装在同一台区基站信号较好处，把原来集中器的GPRS通信模块安装在主模块对应插座上，主、从模块之间通过高速电力线载波通讯方式进行数据远程传输(见图4)。

图4　主模块外形图

2.3性能指标

国家电网公司推出2013标准后，本地通信接口可以实现互换性，使用宽带频率的模块完全可以和符合国家电网13标准的集中器等终端无缝衔接。这里载波频率选择了1.3MHz，设计的模块对数据采用了透明传输方式，不作规约的限制，将简化设备的程序设计，可用于专变终端、集中器等多种终端，有良好的普适性。远程信道可采用GPRS、CDMA、PSTN等通信模块，并支持更换EPON、中压电力线载波等通信模块。波特率为原来集中器和GPRS模块的串口速率。安装转接设备后被分为两块，分别为从机和集中器之间串口速率以及主机和GPRS远程通信模块之间串口速率，两个速率需要和原来集中器与模块串口速率相同才能正常通信。

设计的技术参数见表2。

表2　技术参数

3应用情况与效果

2015年，青浦供电公司在辖区范围内选取多个小区信号弱覆盖地点10处，采用高速电力线载波信号加强方法进行试点。试验结果表明，基于高速电力线载波技术的采集终端信号加强方法在地下室弱信号情况下，能够有效提升信号强度，月平均在线率达到99%以上(见图5)。

图5　使用信号加强后终端月平均在线率

终端平均信号强度由之前的-102dB，提高到-69dB(见表3)。测试效果符合设计预期。

表3　使用信号加强后终端平均信号强度　dB

主模块安装时选择GPRS、CDMA信号较好表箱位置(可通过随身携带的手机网络来判定基站信号好坏，一般安装在信号显示3-4格处)，主模块从表箱表尾、接线盒等有220V交流电地方取电，安装时要确保主、从模块在同一台区同一相序。调试时，主、从模块的串口指示灯和载波指示灯通过闪烁来指示串口数据和载波数据的通讯状况。

4结语

用电信息采集系统的实用化使用受多种因素的影响，其中采集数据链源头的终端稳定在线是基本前提。目前小区普遍将配电房移至地下室，存在公网信号较弱或者无信号的情况，同时公网通信工程建设也往往滞后，这就需要采取措施加强公网信号。本文采用的基于高速电力线载波技术的信号加强方法采用模块化设计，安装简易、无需额外布线，且调试方便，适用于目前的弱信号情况，可用于符合国网13规约的专变终端、集中器等，很好的实现了终端设备的稳定上线，为用电信息采集系统的实用化应用提供了支持。

参考文献：

[1]王鹏，司徒彪. 公网通信盲区电能量数据传输解决方案研究[J]. 装备制造技术,2013(12):227-229.

WANGPeng，SITUBiao.PublicCommunicationBlindZoneElectricEnergyDataTransmissionSolution[J].EquipmentManufacturingTechuology, 2013(12):227-229.

[2]关永前,向卫东,粟海. 营销信息采集终端安装地点无GPRS信号覆盖问题研究[J]. 湖南电力,2011,31(1):57-58.

[3]王绍槐,王璟. 无公网信号覆盖的专变终端通信解决方案[J]. 大众用电,2014(11):25-26.

[4]余根. 高速窄带电力线载波技术及其应用[D]. 合肥:合肥工业大学,2013.

[5]国家电网公司营销部. 用电信息采集通信技术及应用[M]. 北京:中国电力出版社.

(本文编辑：杨林青)

Acquisition Terminal Signal Strengthening Method Based on High Speed Power Line Carrier Technology

BAO Chang-geng，LU Shen-min, SUN Ting, HU Jie, XU Chun-kai, SHOU Jia-jue, YUAN Fei

(StateGridQingpuPowerSupplyCompany,SMEPC,Shanghai201700,China)

Abstract:This paper designs acquisition terminal signal strengthening method based on high speed power line carrier technology to ensure the acquisition terminal to come online in the weak signal coverage area. The method adopts the modularized design, and achieves the data exchange via a debugger conversion module from acquisition terminal to the module. Between master and slave module, high-speed power line carrier technology is adopted for communication data transmission. Thereby, the public network data can be transmitted from the master module in good signal acquiring position to acquisition terminal, strengthening the signals. Practice has proved that the signal strengthening method is stable, and convenient in installation and debugging, providing reference to the electricity information acquisition application.

Key words:high-speed power line carrier technology; acquisition terminal; signal strengthening; modularization

DOI：10.11973/dlyny201603012

作者简介：鲍长庚(1972)，男，高级工程师，副总经理，从事电力系统及其自动化研究。

中图分类号：TM73

文献标志码：A

文章编号：2095-1256(2016)03-0314-03

收稿日期：2016-03-13